"Thỏa thuận Xanh" được Ủy ban Châu Âu trình bày vào năm 2019 nhằm kêu gọi giảm phát thải ròng khí nhà kính trong EU xuống 0 vào năm 2050. Điều này đòi hỏi các quy trình cải tiến có thể tách và giữ lại CO₂ từ khí thải và các hỗn hợp khí khác để không bị phát tán vào khí quyển. Vật liệu được phát triển ở thành phố Bayreuth có một ưu điểm cơ bản so với các quy trình phân tách trước đây: Nó có khả năng loại bỏ hoàn toàn CO₂ khỏi hỗn hợp khí mà không liên kết hóa học với CO₂. Các hỗn hợp khí này có thể là khí thải từ các nhà máy công nghiệp, nhưng cũng có thể là khí tự nhiên hoặc khí sinh học. Trong tất cả những trường hợp này, CO₂ tích tụ trong các khoang của vật liệu chỉ do tương tác vật lý. Từ đó, nó có thể được giải phóng mà không tốn nhiều năng lượng, để rồi lại được chế tạo sẵn có như một nguồn tài nguyên cho sản xuất công nghiệp. Do đó, về mặt hóa học, quá trình tách hoạt động theo nguyên tắc hấp phụ vật lý. Giống như một bể chứa rộng rãi, vật liệu mới có thể chứa đầy và thải khí carbon dioxide theo cách tiết kiệm năng lượng. Trong các phòng thí nghiệm Bayreuth, loại vật liệu này được thiết kế theo cách để chỉ tách CO₂ và không tách khí khác khỏi các hỗn hợp khí đa dạng nhất.

"Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thành công trong việc thiết kế một loại vật liệu đáp ứng được hai nhiệm vụ cùng một lúc. Một mặt, các tương tác vật lý với CO₂ có thể đủ mạnh để giải phóng và giữ lại khí nhà kính này khỏi hỗn hợp khí". Mặt khác, theo thạc sĩ khoa học Martin Riess, tác giả đầu tiên của ấn phẩm mới và là nhà nghiên cứu tiến sĩ tại nhóm nghiên cứu Hóa học vô cơ I tại Đại học Bayreuth cho biết, chúng đủ yếu để cho phép giải phóng CO₂ từ chất liệu chỉ với một lượng năng lượng nhỏ.

Vật liệu mới là một dạng lai giữa vô cơ và hữu cơ. Nền tảng hóa học của chúng là các khoáng chất đất sét bao gồm hàng trăm tiểu cầu thủy tinh riêng lẻ. Chúng chỉ dày một nanomet, và được sắp xếp chồng lên nhau một cách chính xác. Giữa các tấm thủy tinh riêng lẻ có các phân tử hữu cơ hoạt động với vai trò làm chất đệm. Hình dạng và đặc tính hóa học của chúng đã được lựa chọn để các khoảng trống được điều chỉnh tối ưu nhằm tích tụ CO2. Chỉ các phân tử CO2 mới có thể thâm nhập vào hệ thống lỗ xốp của vật liệu và được giữ lại ở đó. Ngược lại, khí mêtan, nitơ và các thành phần khí thải khác phải nằm ở bên ngoài do kích thước các phân tử của chúng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng cái gọi là hiệu ứng rây phân tử để tăng tính chọn lọc của vật liệu đối với CO2. Họ hiện đang nghiên cứu việc phát triển một hệ thống màng dựa trên khoáng vật sét, được tạo ra để cho phép tách CO2 khỏi hỗn hợp khí một cách liên tục, có chọn lọc và góp phần tiết kiệm năng lượng.

Sự phát triển của vật liệu lai được thiết kế riêng để tách và cung cấp CO₂ đã được thực hiện nhờ vào một hệ thống đo đặc biệt được thiết lập trong các phòng thí nghiệm Bayreuth cho phép xác định chính xác lượng khí bị hấp phụ và tính chọn lọc của vật liệu hấp phụ. Điều này đã cho phép các quy trình công nghiệp được tái tạo một cách thực tế. Ông Martin Riess cho biết: "Tất cả các tiêu chí liên quan đến việc đánh giá các quy trình tách CO₂ công nghiệp đã được hoàn thành bởi vật liệu hybrid của chúng tôi. Nó có thể được sản xuất với chi phí hiệu quả và góp phần quan trọng vào không chỉ việc giảm lượng khí thải carbon dioxide công nghiệp, mà còn cho quá trình xử lý khí sinh học và khí tự nhiên có tính axit."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201020135644.htm